智能硬件系统开发之语音通信
| 题目 | 智能硬件系统开发之语音通信 |
|---|---|
| 主要内容 | 学习和掌握构建基于嵌入式硬件平台和嵌入式 Linux 软件开发环境的方法，掌握嵌入式音频应用程序设计与开发手段，在此基础上通过 Socket 网络编程实现基于嵌入式 IP 网络的双向语音通信。 |
| 设计要求 | 基本要求： 1、在嵌入式系统环境下，实现本地语音文件录放（WAV 格式）； 2、通过 Socket 网络编程实现 IP 网络双向语音传输。 扩展要求：通过调用百度、科大讯飞等语音识别库实现简单命令词识别功能，实现语音数据的压缩编码，G.711、G.729 等格式均可。也可以自行设计其它扩展功能。 |
| 主要仪器设备 | 1、嵌入式开发系统 1 套;2、计算机 1 台，安装 Ubuntu 操作系统及 arm-linux 交叉编译工具;3、耳麦 1 个;4、网线 2 根，IP 地址 2 个 |
linux 下的嵌入式开发工具
串口调试
查看串口：ls -l /dev/tty*
串口调试工具：picocom putty
使用时需要 root 权限
picocom
查看帮助：picocom -h
使用方法如：picocom -b 115200 /dev/ttyUSB0
一、设计内容
学习和掌握构建基于嵌入式硬件平台和嵌入式 Linux 软件开发环境的方法，掌握嵌入式音频应用程序设计与开发手段，在此基础上通过 Socket 网络编程实现基于嵌入式 IP 网络的双向语音通信。
二、设计要求
1、基本要求
（1）在嵌入式系统环境下，实现本地语音文件录放（WAV 格式）；
（2）通过 Socket 网络编程实现 IP 网络双向语音传输。
2、扩展要求
通过调用百度、科大讯飞等语音识别库实现简单命令词识别功能，实现语音数据的压缩编码。也可以自行设计其它扩展功能。
三、主要仪器设备
1、嵌入式开发系统 1 套
2、计算机 1 台，安装 Ubuntu 操作系统及 arm-linux 交叉编译工具
3、耳麦 1 个
4、网线 2 根，IP 地址 2 个
步骤
（一）.在嵌入式系统环境下，实现本地语音文件录放（WAV 格式）
（1）向 arm 开发板移植 ALSA 库
1.下载库文件与工具
alsa-lib-1.0.23.tar.bz2
alsa-utils-1.0.23.tar.bz2
将文件移到 Ubuntu 上
解压 alsa-lib-1.0.23.tar.bz2，进入解压所得目录
2.使用命令
1 | ./configure --host=arm-none-linux-gnueabi --prefix=/opt/arm-alsa |
–host 参数指定了交叉编译器为"arm-none-linux-gnueabi、"，
–prefix 参数指定了 alsa-lib 的目标安装目录
3.使用命令
1 | make |
安装库
4.解压 alsa-utils-1.0.23.tar.bz2，进入解压所得目录
5.使用命令
1 | ./configure --host=arm-none-linux-gnueabi --prefix=/opt/arm-alsa --with-alsa-inc-prefix=/opt/arm-alsa/include --with-alsa-prefix=/opt/arm-alsa/lib |
–disable-alsamixer –disable-xmlto
其中–with-alsa-inc-prefix 和–with-alsa-prefix 分别指定了交叉编译 util 应用所需要的 alsa-lib 的头文件和库文件；
–disable-alsamixer 表示不编译生成 alsamixer 这个应用程序，
6.使用命令
1 | touch alsaconf/po/t-ja.gmo |
7.使用命令
1 | make |
安装完后进入安装目录可看到以下文件
将该目录全部拷贝到/source/rootfs 下，移植 ALSA 库完成。
（2）编辑语音录制与播放程序
一个典型的音频程序应该具有以下结构：打开音频设备、为设备设置读写参数、向音频设备读/写音频数据、关闭设备。Alsa 库为我们实现这些操作提供了丰富的接口。
播放程序代码如下：
录制音频程序如下
（3）交叉编译
使用交叉编译工具编译程序
将可执行文件移动到开发板目录下
（4）运行程序
在 putty 窗口中分别运行音频录制与播放程序
1.通过 Socket 网络编程实现 IP 网络双向语音传输
socket 通信其实是有两种方式：TCP 和 UDP 过程。
基于 TCP 的 socket 通信服务端的具体步骤：（1）创建 ServerSocket 对象，绑定监听端口。（2）通过 accept()方法监听客户端请求（3）连接建立后，通过输入流读取客户端的数据（4）通过输出流，向客户端回应信息
基于 TCP 的 socket 通信客户端的步骤：（1）创建 Socket 并指定端口(2）通过输出流向服务端发送一个请求（3）等待服务端的回应 获取输入流，读取客户端信息(将字节流转化为字符流)，并保存在缓冲区中（4）关闭资源
- 编写服务端** 程序**
编写客户端程序
- 编译
编译服务端程序，将客户端程序进行交叉编译后移植到开发板上
4.** 运行程序**
查看 IP
打开服务器
在开发板中运行客户端，ip 地址为服务器地址
程序执行，客户端向服务器发送音频数据。之后可以看到服务器端收到了音频数据，并保存到本地。
五、总结
在嵌入式系统环境下，实现本地语音文件录放，通过 Socket 网络编程实现 IP 网络双向语音传输。本地语音文件录放的实现首先是先将 alsa 库通过交叉编译后移植到开发板上，接着通过调用 alsa 库的函数来实现录制与播放声音程序的编写，程序编写完后，通过交叉编译生成在开发板上的可执行文件。IP 网络双向语音传输实现是通过 socket 编程将录制的音频数据通过网络传输给对方，将数据保存后即可播放。